Observation en temps réel de l’évaporation de l’atmosphère d’une exoplanète
Une Ă©quipe dirigĂ©e par , chercheur Ă l’UniversitĂ© ľĹÉ«ĘÓƵ, a vu, au moyen du tĂ©lescope spatial James-Webb, un nuage d’hĂ©lium gĂ©ant s’échapper de l’exoplanète gĂ©ante WASP-107b.
Publiées dans la revue , les observations de l’équipe constituent une première. Des fuites d’hélium avaient déjà été observées, mais c’est la première fois que le télescope James-Webb permet de voir un phénomène d’évaporation de l’atmosphère d’une ampleur telle que le gaz qui s’échappe, et s’étend sur près de dix fois le rayon de la planète, précède la planète sur sa trajectoire.
« C’est la première fois que le tĂ©lescope spatial James-Webb capte des images d’une fuite d’hĂ©lium provenant de cette planète, et il s’agit de la dĂ©tection la plus probante Ă ce jour d’une absorption d’hĂ©lium avant le transit d’une exoplanète », souligne Vigneshwaran Krishnamurthy, chercheur postdoctoral Ă l’Institut spatial Trottier de ľĹÉ«ĘÓƵ, membre de l’Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes (iREx) et auteur principal de l’étude.
Cette observation apporte un nouvel éclairage sur l’évolution des atmosphères planétaires, notamment dans le cas des planètes géantes qui, comme WASP-107b, sont probablement nées loin de leur étoile hôte pour ensuite migrer vers elle, jusqu’à un endroit où la chaleur intense peut éliminer leur enveloppe gazeuse.
Le James Webb Space Telescope. Crédit: Northrup Grumman
Un vaste nuage d’hélium
Pour mener son Ă©tude, l’équipe de chercheurs et chercheuses de l’UniversitĂ© ľĹÉ«ĘÓƵ, de l’UniversitĂ© de Genève, de l’UniversitĂ© de Chicago et de l’UniversitĂ© de MontrĂ©al a utilisĂ© le puissant instrument canadien du tĂ©lescope spatial James-Webb, l’imageur et spectrographe sans fente dans le proche infrarouge (NIRISS).
La planète ciblée, WASP-107b, est sept fois plus proche de son étoile que Mercure ne l’est du Soleil, et bien qu’elle ait un diamètre équivalant à 94 % de celui de Jupiter, sa masse ne représente que 12 % de celle de la géante gazeuse, ce qui la classe dans la catégorie des exoplanètes « barbe à papa », un type de planètes dont la densité est extrêmement faible.
Détectée en 2017, la planète a depuis fait l’objet d’études approfondies, notamment dans le cadre d’un .
Grâce au NIRISS, l’équipe a observĂ© un vaste nuage d’hĂ©lium, appelĂ© ±đłć´Ç˛ő±čłóè°ů±đ, qui s’étendait sur près de 10 fois le rayon de la planète et passait devant l’étoile 1,5 heure avant le dĂ©but du passage, ou « transit », de la planète.
« Nos modèles d’échappement atmosphérique confirment la présence, à l’avant et à l’arrière de WASP-107b, de traînées d’hélium pouvant s’étendre sur dix fois le rayon de la planète dans le sens du mouvement orbital », indique Yann Carteret, coauteur de l’étude et expert en modélisation atmosphérique à l’Université de Genève.
Grâce à des observations avec le télescope spatial Hubble, les chercheurs ont également pu confirmer, avec une plus grande certitude que précédemment, la présence d’eau sur la planète.
Vigneshwaran Krishnamurthy, le chercheur derrière l'étude.
Migration et transformation de la planète
La découverte d’eau et de signes de mélanges chimiques dans l’atmosphère de WASP-107b fournit des indices sur la formation et la migration de la planète. Les données indiquent que la planète se serait formée loin de son orbite actuelle et ne se serait rapprochée de son étoile que récemment, ce qui pourrait expliquer sa très faible densité et les échappements atmosphériques.
, aujourd’hui chercheuse à l’Université de Chicago, a modélisé le spectre de transmission réalisé avec NIRISS. « L’atmosphère de WASP-107b contient plus d’oxygène que ce à quoi on s’attendrait si la planète s’était formée sur son orbite actuelle, près de son étoile. La présence d’une deuxième planète, WASP-107c, sur une orbite beaucoup plus éloignée pourrait avoir influencé la migration de la première », explique-t-elle.
De plus, étant donné la densité très faible de la planète, la sensibilité exceptionnelle de NIRISS aurait dû permettre aux chercheurs de détecter facilement non seulement de l’eau, mais aussi du méthane.
« Le fait que nous ne détections pas de méthane corrobore la conclusion selon laquelle du gaz plus chaud, pauvre en méthane, provenant des couches basses de l’enveloppe atmosphérique remonte vers la haute atmosphère, phénomène qui témoigne d’un brassage vertical intense », ajoute Caroline Piaulet-Ghorayeb.
Considérées dans leur ensemble, ces nouvelles données du télescope James-Webb offrent un portrait détaillé de la façon dont l’environnement façonne l’atmosphère de WASP-107b. Notre étude permet de mieux comprendre l’évolution et la dynamique des mondes lointains et laisse entrevoir tout le potentiel du télescope James-Webb pour l’observation des mécanismes d’échappement atmosphérique.
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L’article « », par Vigneshwaran Krishnamurthy et coll., a Ă©tĂ© publiĂ© dans la revue Nature Astronomy. Outre Vigneshwaran Krishnamurthy (UniversitĂ© ľĹÉ«ĘÓƵ, Institut spatial Trottier, IREx), Yann Carteret (UniversitĂ© de Genève) et Caroline Piaulet-Ghorayeb (UniversitĂ© de Chicago, UniversitĂ© de MontrĂ©al, IREx), l’équipe comprend Jared Splinter, Dhvani Doshi, Michael Radical, Louis-Philippe Coulombe, Romain Allart, Nicolas B. Cowan, David Lafrenière, LoĂŻc Albert, Lisa Dang, RenĂ© Doyon, Stefan Pelletier, Jason F. Rowe, Pierre-Alexis Roy (IREx), ainsi que sept coauteurs de Suisse, des États-Unis, du Canada et du Royaume-Uni.
Ce projet a été financé par le Conseil européen de la recherche (CER) dans le cadre du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne (projet Spice Dune, accord de subvention no 947634).
Les travaux ont été menés dans le respect du cadre établi par le National Centre of Competence in Research PlanetS, avec l’appui du Fonds national suisse de la recherche scientifique au titre des subventions 51NF40_182901 et 51NF40_205606.
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